(57)【要約】【課題】発光ダイオードからの出射光を十分に高精度な平行光に変換することができるコリメーションレンズを提供する。【解決手段】ＬＥＤ１２の発光部に正対する入射面３０ａを有し、当該入射面３０ａからの入射光を光軸Ｏ方向に屈折させて出射面３０ｂから出射するレンズ部３０と、入射面３０ａの周部でＬＥＤ１２の発光部を囲繞する入射面３１ａを有し、当該入射面３１ａからの入射光を反射面３１ｂで光軸Ｏ方向に反射させて出射面３１ｃから出射するリフレクタ部３１とを一体的に具備したコリメーションレンズ２２において、リフレクタ部３１の出射面３１ｃを光軸Ｏの垂直方向に対して傾斜させることにより、反射面３１ｂからの反射光を補正して出射する。【選択図】図２
2007265688.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光ダイオードの発光部に正対する第１の入射面を有し、当該第１の入射面からの入射光を光軸方向に屈折させて第１の出射面から出射するレンズ部と、
前記第１の入射面の周部で前記発光ダイオードの発光部を囲繞する第２の入射面を有し、当該第２の入射面からの入射光を反射面で光軸方向に反射させて第２の出射面から出射するリフレクタ部とを一体的に具備したコリメーションレンズであって、
前記第２の出射面を、光軸の垂直方向に対して傾斜させたことを特徴とするコリメーションレンズ。
【請求項２】
前記第２の入射面を、光軸方向に対して傾斜させたテーパ面で構成したことを特徴とする請求項１記載のコリメーションレンズ。
【請求項３】
発光ダイオードからの出射光を制御するレンズ光学系に、請求項１または請求項２に記載のコリメーションレンズを具備したことを特徴とする照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入射光を平行光に変換するレンズ部の周部に、リフレクタ部を一体的に備えたコリメーションレンズ及びこれを用いた照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、発光ダイオード（ＬＥＤ）からの出射光を平行光に変換するためのレンズとして、ＬＥＤからの入射光を光軸方向に屈折させるレンズ部の周部にリフレクタを一体的に備えたコリメーションレンズが知られている。この種のコリメーションレンズにおいて生成される平行光の精度を向上するための技術として、例えば、特許文献１には、レンズ部の周部で拡散光を入射してリフレクタ部の外側反射壁（反射面）へと導く屈折壁（入射面）を湾曲させた技術が開示されている。
【特許文献１】特表２００４−５１６６８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、この種のコリメーションレンズにおいては、例えば、小型化への要請や、中央部に形成されるレンズ部の諸元との関係等に応じて、リフレクタ部の反射面の曲率等が制約される場合がある。そして、このように反射面の形状が制約された場合、たとえ、上述の特許文献１に開示された技術のように、リフレクタ部の入射面を湾曲させたとしても十分な平行光を生成することが困難な場合があった。
【０００４】
本発明は、発光ダイオードからの出射光を十分に高精度な平行光に変換することができるコリメーションレンズ及びこれを用いた照明装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明のコリメーションレンズは、発光ダイオードの発光部に正対する第１の入射面を有し、当該第１の入射面からの入射光を光軸方向に屈折させて第１の出射面から出射するレンズ部と、前記第１の入射面の周部で前記発光ダイオードの発光部を囲繞する第２の入射面を有し、当該第２の入射面からの入射光を反射面で光軸方向に反射させて第２の出射面から出射するリフレクタ部とを一体的に具備したコリメーションレンズであって、前記第２の出射面を、光軸の垂直方向に対して傾斜させたことを特徴とする。
【０００６】
また、本発明の照明装置は、発光ダイオードからの出射光を制御するレンズ光学系に前記コリメーションレンズを具備したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、発光ダイオードからの出射光をコリメーションレンズによって十分に高精度な平行光に変換することができ、このようなコリメーションレンズを用いることにより優れた光学特性の照明装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図面は本発明の一実施形態に係わり、図１は照明装置の分解斜視図、図２は照明装置の要部断面図、図３はコリメーションレンズに入射した光の挙動のシミュレーション結果を示す説明図、図４はコリメーションレンズを出射した光の角度強度分布を示す図表、図４（ａ）は照明ユニットの正面図であり（ｂ）は（ａ）のＩ−Ｉ断面図、図６は照明装置の変形例を示す要部断面図である。
【０００９】
図１，２に示す照明装置１は、例えば、表面実装型の発光ダイオード（ＬＥＤ）１２を光源とする光源ユニット１０と、この光源ユニット１０に冠設するレンズ筐体２０とを有する。
【００１０】
光源ユニット１０は、例えば、平面略矩形形状をなすＬＥＤ基板１１を有し、ＬＥＤ基板１１の略中央部には、出射平面１２ａに片凸レンズ１３が固設されたＬＥＤ１２が半田付け等によって実装されている。ここで、ＬＥＤ１２は、例えば、組立装置のマシーン設定等が厳格に行われることによって、ＬＥＤ基板１１上に設定された取付位置に高精度に位置決め固定されている。また、ＬＥＤ基板１１は、レンズ筐体２０の基部側開口部を閉塞する蓋体１５に固設されている。
【００１１】
レンズ筐体２０は、ＬＥＤ１２の光軸Ｏ方向に沿って延びる筒状形状をなし、ＬＥＤ１２からの出射光を均一照度の照明光に調光するためのレンズ光学系２１を内部に収容する。本実施形態において、レンズ筐体２０は、略角筒形状をなし、先端部に内向フランジ２０ａが突設されている。また、レンズ筐体２０の中途の内面には、段部２０ｂが設けられている。
【００１２】
レンズ光学系２１は、ＬＥＤ１２からの出射光を略平行光に変換するコリメーションレンズ２２と、レンズ筐体２０内で蓋体１５との間にコリメーションレンズ２２を保持するホルダ２３と、コリメーションレンズ２２からの出射光が入射するフライアイレンズ２４と、ホルダ２３とフライアイレンズ２４との間に介在するスペーサ２５とを具備する。
【００１３】
コリメーションレンズ２２は、例えば、光軸Ｏ上に配設されたレンズ部３０と、このレンズ部の周部に配設されたリフレクタ部３１とが光透過性の樹脂成型品で一体形成された光学部材で構成されている。
【００１４】
本実施形態において、レンズ部３０は、例えば、入射面（第１の入射面）３０ａと出射面（第１の出射面）３０ｂとが球面で形成された両凸レンズで構成されている。このレンズ部３０の入射面３０ａはＬＥＤ１２の発光部に片凸レンズ１３を介して正対されており、入射面３０ａには、ＬＥＤ１２からの出射光のうち、放射角の小さい光線が入射される。そして、レンズ部３０は、入射面３０ａからの入射光を光軸Ｏ方向に屈折させて出射面３０ｂから出射する。
【００１５】
また、リフレクタ部３１は、例えば、レンズ部３０の入射面３０ａの周部でＬＥＤ１２の発光部を囲繞する入射面（第２の入射面）３１ａと、この入射面３１ａからの入射光を反射する反射面３１ｂと、反射面３１ｂからの反射光を出射する出射面（第２の出射面）３１ｃとを有する。
【００１６】
入射面３１ａは、例えば、先端部がレンズ部３０の入射面３０ａの周部に連続するとともに、基部がＬＥＤ１２の出射平面１２ａに当接する円筒形状をなす曲面で構成され、ＬＥＤ１２から出射される放射角の大きい光線を入射する。また、反射面３１ｂは、例えば、光軸Ｏを中心とする略回転放物線形状をなす曲面で形成され、入射面３１ａからの入射光を光軸Ｏ方向に全反射する。また、出射面３１ｃは、例えば、光軸Ｏに対して法線が傾斜された環状のバンクで形成され、反射面３１ｂからの反射光を出射する。
【００１７】
ここで、出射面３１ｃは、光軸Ｏに対称なバンクで形成されることにより、リフレクタ部３１の出射側にプリズムを形成する。これにより、反射面３１ｂで反射した光線は、出射面３１ｃから出射する際に、光軸Ｏに対してより平行な方向に屈折される。すなわち、例えば、図３に示すように、出射面３１ｃは、その法線が光軸Ｏに対して鋭角側に傾斜されることにより、反射面３１ｂからの反射光を光軸Ｏに対して拡開側に屈折させて出射する。これにより、出射面３１ｃからの出射光は、光軸Ｏに対してより平行となる方向に補正され、例えば、図４に実線で示すように、高精度の平行光が生成される。換言すれば、出射面３１ｃの傾斜角は、入射面３１ａ及び反射面３１ｂとの相対関係に基づき、実験やシミュレーション等によって適値に設定されることにより、入射面３１ａからの入射光を、反射面３１ｂと協働して光軸Ｏ方向に沿ったより高精度の平行光に変換する。なお、出射面３１ｃが傾斜されていない場合の出射光の挙動を図３中に２点鎖線で示し、その角度強度分布を図４中に２点鎖線で示す。
【００１８】
ホルダ２３は、内部にコリメーションレンズ２２を収容可能な略角筒形状をなし、その先端部にはコリメーションレンズ２２に当接する内向フランジ２３ａが突設されている。そして、ホルダ２３は、レンズ筐体２０に内挿され、基部側が蓋体１５に当接されるとともに、先端部側がスペーサ２５を介して段部２０ｂに当接されることにより、コリメーションレンズ２２をレンズ筐体２０内の設定位置に保持する。
【００１９】
フライアイレンズ２４は、例えば、段部２０ｂよりも先端側でレンズ筐体２０に内挿されるフランジ部２４ａの内側に、複数のレンズ部２４ｂがマトリクス状に一体形成された光透過性の樹脂成型品で構成されている。このフライアイレンズ２４は、フランジ部２４ａの先端面が内向フランジ２０ａに当接されるとともに、フランジ部２４ａの基端面がスペーサ２５から延出する突片２５ａに当接されることによってレンズ筐体２０内に保持される。そして、フライアイレンズ２４の各レンズ部２４ｂは、コリメーションレンズ２２から入射する平行光を互いに重畳する位置に出射することにより、特定の領域を均一に照射する。
【００２０】
ここで、例えば、図５に示すように、上述の照明装置１を複数組み合わせることにより、比較的大光量を必要とするヘッドランプ等のような車両用灯具５０を構成することが可能である。
【００２１】
すなわち、この車両用灯具５０は、例えば、複数の保持穴５１ａがマトリクス状に配列されて開口する筐体５１を有し、この筐体５１の各保持穴５１ａ内に、各照明装置１がそれぞれ照明モジュールとして組み込まれて要部が構成されている。この場合、各保持穴５１ａに組み込まれる照明装置１の仕様は適宜変更可能であり、例えば、異なる発光色や光量の照明装置１を組み合わせることにより各種バリエーションの車両用灯具５０を実現することができる。
【００２２】
このような実施形態によれば、ＬＥＤ１２の発光部に正対する入射面３０ａを有し、当該入射面３０ａからの入射光を光軸Ｏ方向に屈折させて出射面３０ｂから出射するレンズ部３０と、入射面３０ａの周部でＬＥＤ１２の発光部を囲繞する入射面３１ａを有し、当該入射面３１ａからの入射光を反射面３１ｂで光軸Ｏ方向に反射させて出射面３１ｃから出射するリフレクタ部３１とを一体的に具備したコリメーションレンズ２２において、リフレクタ部３１の出射面３１ｃを光軸Ｏの垂直方向に対して傾斜させることにより、反射面３１ｂからの反射光を補正して出射することができる。
【００２３】
従って、この出射面３１ｃの傾斜角を、反射面３１ｂの諸元等に基づいて適値に設定することにより、コリメーションレンズ２２のリフレクタ部３１で高精度な平行光を得ることができる。
【００２４】
また、反射面３１ｂからの反射光を出射面３１ｃで補正する構成とすることにより、リフレクタ部３１の反射面３１ｂの設計の自由度を増加させることができる。従って、リフレクタ部３１の仕様に拘束されることなくレンズ部３０を設計でき、レンズ部３０の諸元を適切に設定すれば、レンズ部３０においても高精度な平行光を生成することができる。すなわち、コリメーションレンズ２２全体としても高精度は平行光を得ることができる。
【００２５】
そして、このように高精度な平行光をフライアイレンズ２４に入射させることにより、均斉度の高い照明光を照明装置１から出射することができる。
【００２６】
ここで、例えば、図６に示すように、リフレクタ部３１の出射面３１ｃを光軸Ｏ対称に傾斜させる構成に加え、入射面３１ａを、光軸Ｏ方向に対して傾斜させたテーパ面で構成することも可能である。そして、これら入射面３１ａ及び出射面３１ｃの各傾斜角及び反射面３１ｂの形状等を総合的に勘案して適切に設定すてば、さらに高精度な平行光を得ることができる。
【００２７】
また、本実施形態においては、例えば、図６に示すように、ＬＥＤ１２（片凸レンズ１３）とコリメーションレンズ２２の入射面３０ａ，３１ａで囲まれた領域内に、例えば光透過性樹脂からなる充填剤３５を充填することも可能である。このように構成すれば、ＬＥＤ１２とコリメーションレンズ２２との間の位置決め精度を向上することができ、さらに高精度な平行光を実現することができる。また、充填剤３５の屈折率を、片凸レンズ１３或いはコリメーションレンズ２２の屈折率と一致させることにより、界面での光のエネルギーロスを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】照明装置の分解斜視図
【図２】照明装置の要部断面図
【図３】コリメーションレンズに入射した光の挙動のシミュレーション結果を示す説明図
【図４】コリメーションレンズを出射した光の角度強度分布を示す図表
【図５】（ａ）は車両用灯具の正面図であり（ｂ）は（ａ）のＩ−Ｉ断面図
【図６】照明装置の変形例を示す要部断面図
【符号の説明】
【００２９】
１…照明装置、１０…光源ユニット、１１…ＬＥＤ基板、１２ａ…出射平面、１３…片凸レンズ、１５…蓋体、２０…レンズ筐体、２０ａ…内向フランジ、２０ｂ…段部、２１…レンズ光学系、２２…コリメーションレンズ、２３…ホルダ、２３ａ…内向フランジ、２４…フライアイレンズ、２４ａ…フランジ部、２４ｂ…レンズ部、２５…スペーサ、２５ａ…突片、３０…レンズ部、３０ａ…入射面（第１の入射面）、３０ｂ…出射面（第１の出射面）、３１…リフレクタ部、３１ａ…入射面（第２の入射面）、３１ｂ…反射面、３１ｃ…出射面（第２の出射面）、３５…充填剤、５０…車両用灯具、５１…筐体、５１ａ…保持穴、Ｏ…光軸
【図１】
2007265688.tif 000003
【図２】
2007265688.tif 000004
【図３】
2007265688.tif 000005
【図４】
2007265688.tif 000006
【図５】
2007265688.tif 000007
【図６】
2007265688.tif 000008